扎根土壤做研究 心系農(nóng)業(yè)可持續(xù)

土壤與農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（以下簡(jiǎn)稱“實(shí)驗(yàn)室”）于2003年由科技部批準(zhǔn)建設(shè)，2005年通過(guò)驗(yàn)收，其前身是中國(guó)科學(xué)院土壤圈物質(zhì)循環(huán)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室。原實(shí)驗(yàn)室建于1987年，同年通過(guò)驗(yàn)收，正式對(duì)外開放，是中國(guó)科學(xué)院第二批對(duì)外開放的實(shí)驗(yàn)室之一。2005年以來(lái)，實(shí)驗(yàn)室先后獲得國(guó)家自然科學(xué)獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)、國(guó)家科技進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)等。2015年，實(shí)驗(yàn)室通過(guò)科技部組織的實(shí)驗(yàn)室評(píng)估，成績(jī)良。

立足需求 建設(shè)隊(duì)伍

實(shí)驗(yàn)室依托中國(guó)科學(xué)院南京土壤研究所，主要面向國(guó)家需求和國(guó)際土壤科學(xué)前沿，開展土壤學(xué)基礎(chǔ)和應(yīng)用基礎(chǔ)研究，解決我國(guó)土壤資源合理利用與農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展中的核心基礎(chǔ)科學(xué)和重大關(guān)鍵技術(shù)問題，發(fā)展現(xiàn)代土壤學(xué)新理論、新方法和新技術(shù)，發(fā)揮智庫(kù)作用和科技支撐功能。

數(shù)字土壤與資源管理、土壤地力與定向培育、植物營(yíng)養(yǎng)與高效施肥、土壤生物與界面過(guò)程、土壤利用與環(huán)境變化是實(shí)驗(yàn)室的五大研究方向。

數(shù)字土壤與資源管理研究方向是以復(fù)雜環(huán)境條件和高強(qiáng)度人為作用下土壤時(shí)空演變過(guò)程及其主要驅(qū)動(dòng)因子定量解析為基礎(chǔ)，研究土壤數(shù)據(jù)快速采集、更新及制圖方法的研究方向。該研究方向通過(guò)整合土壤數(shù)據(jù)庫(kù)、模型庫(kù)、知識(shí)庫(kù)及大數(shù)據(jù)分析方法來(lái)建立土壤資源信息服務(wù)平臺(tái)，進(jìn)而評(píng)估我國(guó)土壤資源潛力，為國(guó)家土壤資源管理提供科學(xué)數(shù)據(jù)支撐和決策支持。

土壤地力與定向培育研究方向主要針對(duì)耕地質(zhì)量提升的國(guó)家需求。該研究方向主要研究土壤障礙消減和有機(jī)質(zhì)積累機(jī)制、土壤結(jié)構(gòu)形成和養(yǎng)分有效庫(kù)容擴(kuò)增機(jī)理、土壤地力與養(yǎng)分利用的協(xié)同增效原理等。研究通過(guò)研發(fā)土壤地力定向培育的共性和專項(xiàng)技術(shù)，建立土壤地力提升與養(yǎng)分增效理論和技術(shù)體系，為國(guó)家糧食安全保障體系建設(shè)提供科學(xué)依據(jù)。

植物營(yíng)養(yǎng)與高效施肥研究方向是以提高養(yǎng)分利用率為目標(biāo)，圍繞土壤-根際-植物中的養(yǎng)分循環(huán)過(guò)程，研究土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)化、根際養(yǎng)分活化、根系養(yǎng)分吸收和作物養(yǎng)分利用的機(jī)制，從而構(gòu)建合理施肥、改良作物和土壤、改善環(huán)境等農(nóng)田養(yǎng)分高效利用技術(shù)體系。

土壤生物與界面過(guò)程研究方向主要用于解決生物資源挖掘、關(guān)鍵界面過(guò)程、農(nóng)業(yè)持續(xù)發(fā)展的重大基礎(chǔ)問題。通過(guò)綜合應(yīng)用現(xiàn)代先進(jìn)技術(shù)，系統(tǒng)研究土壤生物與荷電表面化學(xué)過(guò)程的相互作用機(jī)制，揭示土壤界面關(guān)鍵元素的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)特征，闡明主要養(yǎng)分元素化學(xué)行為及其生物有效性的調(diào)控機(jī)制，從而發(fā)展土壤生物與界面過(guò)程新理論。

土壤利用與環(huán)境變化研究方向主要研究碳、氮、磷等元素在土壤、土-水、土-氣界面的形態(tài)轉(zhuǎn)化與交換過(guò)程，用以明確土壤元素循環(huán)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力、區(qū)域環(huán)境及全球氣候變化的影響，為提高養(yǎng)分資源利用效率、區(qū)域環(huán)境治理能力和農(nóng)業(yè)應(yīng)對(duì)全球氣候變化提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐。

以五大研究方向?yàn)橹敢瑢?shí)驗(yàn)室在江蘇常熟、江西鷹潭、河南封丘建立了3個(gè)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)國(guó)家野外科學(xué)觀測(cè)研究站，在江蘇南京建設(shè)了土壤與環(huán)境分析測(cè)試中心。實(shí)驗(yàn)室為揭示我國(guó)高強(qiáng)度利用下土壤資源演變的時(shí)空分異規(guī)律，探明主要農(nóng)田生態(tài)類型區(qū)土壤養(yǎng)分和水分的循環(huán)特征與高效利用機(jī)理、生物系統(tǒng)功能及其生態(tài)過(guò)程機(jī)制，明確農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)各單元要素間的相互作用和調(diào)控的關(guān)鍵途徑而不斷奮斗，并致力于建設(shè)高水平土壤科學(xué)研究隊(duì)伍，從而將實(shí)驗(yàn)室建設(shè)成為國(guó)際一流土壤學(xué)研究中心。

扎根土壤 心向農(nóng)業(yè)

土壤乃農(nóng)業(yè)之本，是支撐國(guó)家糧食安全與生態(tài)文明建設(shè)的重要戰(zhàn)略資源。在當(dāng)下，土壤的可持續(xù)發(fā)展和管理，更是實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的重要一環(huán)。近期，實(shí)驗(yàn)室在我國(guó)高精度土壤信息網(wǎng)格研究、水-土界面微生物調(diào)控碳排放的研究等方面取得了突出進(jìn)展。

土壤是人類生存和發(fā)展的基礎(chǔ)，多個(gè)聯(lián)合國(guó)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)（SDGs）與土壤資源利用和管理直接相關(guān)。然而，全球和我國(guó)現(xiàn)有土壤信息大多源于歷史土壤調(diào)查，較為粗略、陳舊，不能滿足應(yīng)對(duì)糧食安全、水資源緊缺、土地退化和氣候變化等全球和區(qū)域性問題的需要。對(duì)大面積復(fù)雜地區(qū)土壤變異進(jìn)行精細(xì)準(zhǔn)確推測(cè)是土壤科學(xué)的一大挑戰(zhàn)，這類地區(qū)調(diào)查樣本往往數(shù)量較為有限且分布稀疏，然而土壤與成土環(huán)境之間的關(guān)系卻非常復(fù)雜。中國(guó)疆域遼闊，土壤景觀復(fù)雜多樣，人為活動(dòng)強(qiáng)烈，建立高精度土壤數(shù)字網(wǎng)格在科學(xué)前沿突破上具有重要意義，在應(yīng)用上有廣泛的前景，因此在全球具有典型和示范意義。

實(shí)驗(yàn)室基于近年“我國(guó)土系調(diào)查與《中國(guó)土系志》編制項(xiàng)目”獲得的5000多個(gè)代表性土壤剖面樣點(diǎn)，采用預(yù)測(cè)性土壤制圖范式，利用地理信息與遙感技術(shù)對(duì)成土環(huán)境條件進(jìn)行精細(xì)刻畫和空間分析，研發(fā)自適應(yīng)深度函數(shù)擬合方法，集成先進(jìn)的集合式機(jī)器學(xué)習(xí)方法，搭建高性能并行計(jì)算環(huán)境，生成了我國(guó)系列土壤屬性90m分辨率三維柵格分布圖，并估算了不確定性的空間分布。

在水-土界面微生物調(diào)控碳排放的研究中，實(shí)驗(yàn)室得出結(jié)論，水-土界面微生物（周叢生物）在稻田碳轉(zhuǎn)化和碳排放過(guò)程中起著重要作用。此外，在對(duì)稻田生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行碳循環(huán)模擬和預(yù)測(cè)時(shí)，應(yīng)充分考慮界面微生物的作用。未來(lái)，通過(guò)人為調(diào)控界面微生物（如優(yōu)化其物種組成和代謝活性）有望定向改變水-土界面碳循環(huán)過(guò)程。該研究為增加稻田生態(tài)系統(tǒng)的碳匯，實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰”和“碳中和”提供了新思路。

勇挑重?fù)?dān) 奮力攻堅(jiān)

2021年，實(shí)驗(yàn)室有5名研究員入選“2020中國(guó)高被引學(xué)者”。實(shí)驗(yàn)室主持的國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目“旱作區(qū)土壤培肥與豐產(chǎn)增效耕作技術(shù)”和“河套平原鹽堿地生態(tài)治理關(guān)鍵技術(shù)研究與集成示范”項(xiàng)目先后獲得通過(guò)。

“旱作區(qū)土壤培肥與豐產(chǎn)增效耕作技術(shù)”項(xiàng)目是“糧食豐產(chǎn)增效科技創(chuàng)新”重大專項(xiàng)首批啟動(dòng)項(xiàng)目，專項(xiàng)經(jīng)費(fèi)6800萬(wàn)元，執(zhí)行期限為2016年1月至2021年6月。該項(xiàng)目由中國(guó)科學(xué)院南京土壤研究所牽頭組織，中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)、中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所、中化化肥有限公司等24家單位共同承擔(dān)。

“河套平原鹽堿地生態(tài)治理關(guān)鍵技術(shù)研究與集成示范”項(xiàng)目隸屬“典型脆弱生態(tài)修復(fù)與保護(hù)研究”專項(xiàng)，項(xiàng)目經(jīng)費(fèi)2200萬(wàn)元，執(zhí)行期限為2016年7月至2021年6月。該項(xiàng)目由中國(guó)科學(xué)院南京土壤研究所牽頭承擔(dān)，中國(guó)科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所農(nóng)業(yè)資源研究中心、中國(guó)科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所、中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所、內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)、寧夏大學(xué)、清華大學(xué)、中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院、中國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械化科學(xué)研究院等20家單位共同承擔(dān)。

2021年10月，國(guó)家“十三五”科技創(chuàng)新成就展在北京展覽館舉行。展覽以“創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展，邁向科技強(qiáng)國(guó)”為主題，體現(xiàn)“創(chuàng)新是引領(lǐng)發(fā)展的第一動(dòng)力”，全面展示“十三五”以來(lái)建設(shè)創(chuàng)新型國(guó)家所取得的重大成就，彰顯科技創(chuàng)新在我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展中的重要支撐引領(lǐng)作用。

實(shí)驗(yàn)室主持的科技部基礎(chǔ)性工作專項(xiàng)重點(diǎn)項(xiàng)目“我國(guó)土系調(diào)查與《中國(guó)土系志》編制”成果入選此次展出，主要展示《中國(guó)土系志》系列叢書（30卷）和典型土壤整段剖面標(biāo)本等豐富資料。該成果的展出意味著，在全國(guó)26家高校和科研單位400多人的共同努力下，我國(guó)土系調(diào)查歷經(jīng)十余年，建立了基于定量標(biāo)準(zhǔn)的土系4351個(gè)?！吨袊?guó)土系志》是新時(shí)期我國(guó)土壤分類的標(biāo)志性成果。

在“黑土糧倉(cāng)”科技會(huì)戰(zhàn)開展實(shí)施之際，實(shí)驗(yàn)室研究員和相關(guān)研究生組成聯(lián)合攻關(guān)突擊隊(duì)，于2021年10月，先后赴黑龍江省海倫市和吉林省公主嶺市，開展深耕輪作與秸稈還田培肥技術(shù)科研實(shí)驗(yàn)基地建設(shè)，為助力“黑土糧倉(cāng)”科技會(huì)戰(zhàn)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

扎根土壤，心系農(nóng)業(yè)。實(shí)驗(yàn)室廣大科研人員用實(shí)際行動(dòng)譜寫了土壤學(xué)研究的華章。

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